Analisis-de-factibilidad-de-usar-celdas-fotovoltaicas-en-un-inmueble

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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
 
Análisis de factibilidad de usar celdas 
fotovoltaicas en un inmueble. 
 
TESIS 
Que para obtener el título de 
Ingeniero Eléctrico-Electrónico 
 
P R E S E N T A N 
Fernando Jaime Bautista Pérez 
Yadira Benítez López 
 
DIRECTOR DE TESIS 
Ing. Rodolfo Peters Lammel 
 
 
 
 
Ciudad Universitaria, Cd.Mx.,2017 
 
 
UNAM – Dirección General de Bibliotecas 
Tesis Digitales 
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INDICE 
 
1 
 
Índice 01 
Objetivo. 06 
Introducción. 06 
Método. 07 
 
Capítulo 1 Las energías renovables y la radiación solar. 08 
 1.1 Energías renovables como tecnología para reducir los impactos ambientales. 08 
 1.2 La energía renovable como parte del desarrollo sustentable. 11 
 1.3 La radiación solar. 11 
 1.4 Aprovechamiento directo e indirecto de la radiación solar. 12 
 1.4.1 Conversión fototérmica. 12 
 1.4.2 Conversión fotovoltaica. 14 
 1.5 Espectro luminoso. 15 
 1.6 El proceso fotovoltaico. 16 
 1.7 Situación a nivel nacional. 17 
 1.8 Conclusiones Capítulo 1 21 
 
Capítulo 2 La celda fotovoltaica 22 
 2.1 El efecto fotovoltaico. 22 
 2.2 Rendimiento de las celdas fotovoltaicas. 25 
 2.3 Parámetros de una celda solar. 26 
 2.4 Eficiencia de conversión o rendimiento. 27 
 2.5 Tipos de celdas fotovoltaicas. 30 
 2.6 Conclusiones Capítulo 2. 33 
INDICE 
 
2 
 
Capítulo 3. Elementos de los sistemas fotovoltaicos. 34 
 3.1 Aprovechamiento directo e indirecto de la energía solar. 34 
 3.2 Celdas fotovoltaicas. 34 
 3.3 Energía fotovoltaica. 35 
 3.4 El recurso solar en la República Mexicana. 35 
 3.5 Situación en la Ciudad de México. 37 
 3.6 Uso pasivo y activo del sol para generación eléctrica. 38 
 3.7 Evolución del precio de las celdas fotovoltaicas de silicio cristalino (en $/Wp) entre 
 1977 y 2014. 41 
 3.8 Algunas aplicaciones de la energía solar fotovoltaica. 42 
 3.9 Conclusiones Capítulo 3. 43 
 
Capítulo 4 Tipos de instalaciones fotovoltaicas. 44 
 4.1 Instalaciones fotovoltaicas conectadas a red. Cálculo y dimensionado. 44 
 4.2 Sistemas interconectados a la red con respaldo de banco de baterías. 46 
 4.3 Sistemas sin conexión o independientes de la red. 47 
 4.4 Módulos fotovoltaicos. 48 
 4.5 Inversores. 48 
 4.6 Dimensionamiento de la instalación 49 
 4.7 Cualidades y ventajas de la generación de electricidad con tecnología fotovoltaica. 50 
 4.8 Cálculo de la irradiación solar. 51 
 4.9 Distancia entre paneles. 52 
 4.10 Conclusiones Capítulo 4. 53 
INDICE 
 
3 
 
Capítulo 5. Diseño del sistema fotovoltaico. 54 
 5.1 Obtención de la demanda de energía del edificio. 54 
 5.2 Cálculo de la potencia total requerida. 55 
 5.3 Elección del panel solar. 56 
 5.4 Cálculo del campo generador. 57 
 5.5 Cálculo del número de inversores. 59 
 5.6 Cálculo del banco de baterías. 59 
 5.7 Dimensionado del sistema. 62 
 5.8 Cálculo de las emisiones de CO2. 64 
 5.9 Evaluación de costos del diseño fotovoltaico. 65 
 5.10 Determinación del costo anual de inversión. 66 
 5.11 Cálculo del costo del kilowatt-hora generado. 67 
 5.12 Comparativo de facturación de energía. 69 
 5.13 Circuito fuente de corriente. 71 
 5.14 Diagrama unifilar del sistema fotovoltaico. 76 
 Conclusiones Capitulo 5. 78 
 
Anexo 1. 80 
Anexo 2. 109 
Glosario 115 
Lista de tablas y figuras. 121 
Bibliografía. 124 
 
AGRADECIMIENTOS 
 
4 
 
“Cuida tus pensamientos porque se volverán actos. Cuida tus actos porque se harán costumbre. Cuida tus costumbres 
porque formarán tu carácter. Cuida tu carácter porque formará tu destino. Y tu destino será tu vida.” 
Gandhi 
 
Agradezco a Dios porque me dio la fuerza para culminar esta etapa de mi vida escolar. Por las alegrías 
y tristezas que he pasado a lo largo del tiempo para elaborar este trabajo 
Agradezco a mis padres Eloy Bautista Torres y Martha Pérez Bautista porque me brindaron la vida 
para llegar a este momento, la educación, esfuerzo, consejos y regaños han hecho que no claudicara 
para concluir esta tesis que perdurara por siempre. 
A Yadira Benítez López, que también participó en este trabajo; entre muchos desafíos encontrados 
siempre se mantuvo optimista, con gran amor y siempre encontré un apoyo incondicional. 
También agradezco de manera muy especial al Ing. Rodolfo Peters Lammel, una gran persona que 
siempre nos brindó un espacio, sus conocimientos y su paciencia para realizar este trabajo. 
A cada uno de los sinodales que aceptaron ser parte de esta tesis. 
A mi hermano, mi tía Alejandra, a mis tíos, por darme en algún momento su apoyo, a Jorge, que 
siempre me ha brindado su amistad. 
Fernando Jaime Bautista Pérez. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
AGRADECIMIENTOS 
 
5 
 
DEDICATORIA A: 
 
Al que me amo desde antes de la fundación del mundo, al poseedor de toda gloria, todo 
poder y de la majestad eterna. 
 
Mi Madre 
 Estefana López Garfias 
 el latir de mi corazón 
Mi Padre 
Santos Benítez Aguirre 
Al constructor principal de mi vida profesional, quien me brindo su amor, la calidez y dicha de una 
familia 
 
A mis abuelos 
Celia Garfias Nava, Santos López Tavira 
Por su amor, lealtad y principios 
 
Hermanos 
Olga Berenice Benítez López e Irving Benítez López 
Por inspirarme ternura, responsabilidad y superación. 
 
A Fernando Jaime Bautista Pérez 
Por su participación en este trabajo, por su entereza en la elaboración de este proyecto. Por su 
bondad, nobleza y persistencia sea muy dichoso. 
 
A mis Amigos 
Verónica, Mariana Fajardo Corkidi, Abel, Iván, Alan, Irma. 
 
Al jurado de la tesis 
Ing. Hugo Alfredo Grajales Román, Dr. Gabriel León de los Santos, Ing. David Vázquez Ortiz, Ing. 
Gabriel Alejandro Jaramillo Morales, a todos ellos por dedicar un poco de su tiempo a este trabajo. 
Pero especialmente al Ing. Rodolfo Peters Lammel por hacer darnos el apoyo total y necesario para 
la conclusión de este trabajo, y muy principalmente por la calidez humana que brindo. 
 
 
YADIRA BENÍTEZ LÓPEZ 
 
ANALISIS DE FACTIBILIDAD DE USAR CELDAS FOTOVOLTAICAS EN UN INMUEBLE 
 
6 
 
Objetivo: 
 Hacer de manera teórica el diseño de un sistema de generación de energía eléctrica basado en 
la tecnología solar fotovoltaica, mediante módulos fotovoltaicos, por ser una buena alternativa dentro 
de las energías limpias. Estos sistemas se caracterizan por su durabilidad, versatilidad y fácil 
mantenimiento. 
La generación solar fotovoltaica es capaz de suministrar energía eléctrica en el mismo sitio 
que se genera, abasteciendo la demanda del lugar, así como enviar la energía excedente a la red de 
distribución, reduciendo con esto las pérdidas por transmisión y distribución. 
 Con esto se pretende motivar el cambio de la forma de obtención de energía eléctrica; de una 
producción basada en combustibles fósiles a otra fuente de energía basada en el recurso solar para 
contribuir a la disminuciónde los gases de efecto invernadero. 
 
Introducción 
El desarrollo de la humanidad a través de la historia está ligado de manera muy significativa 
al tipo de energía utilizada y sus formas de aprovechamiento. Existen incluso teorías que posicionan 
a la energía como eje principal del desarrollo humano. 
El aumento del contenido en la atmósfera de los gases de efecto invernadero y principalmente 
el CO2 producido por las actividades humanas y especialmente por la utilización de los combustibles 
fósiles como fuentes de energía, contribuye a aumentar el efecto invernadero y a elevar la temperatura 
en la superficie de la Tierra; lo que está produciendo un cambio climático a nivel global. 
Por ello se hace necesario establecer un nuevo modelo energético que sea sustentable, en el 
que las energías renovables sean el eje de desarrollo. Las fuentes de energías renovables tienen un 
ciclo de regeneración mayor al de consumo, por lo que son inagotables. El Sol es el origen de todas 
las energías renovables presentes en la Tierra. 
 La Tierra recibe del Sol en una hora más energía que la utilizada por la población humana 
mundial en un año, y México, que tiene 5.36 h de Sol pico (de acuerdo con datos del Sistema de 
Información Geográfica para las energías renovables en México), debe sumarse al proceso de cambio 
de tecnología para la producción de energía eléctrica. 
El aumento de la eficiencia de los sistemas fotovoltaicos y los estímulos gubernamentales han 
propiciado la introducción de este tipo de instalaciones. Además, el costo de generación fotovoltaica 
compite con el precio de la energía eléctrica a nivel de la distribución, ya que es de menor costo que 
el de las plantas generadoras convencionales de la red de alta tensión, lo que facilita la introducción 
de la energía fotovoltaica. Por lo tanto, se ha optado en este proyecto: realizar una propuesta de 
implementación de paneles fotovoltaicos. 
ANALISIS DE FACTIBILIDAD DE USAR CELDAS FOTOVOLTAICAS EN UN INMUEBLE 
 
7 
 
Método 
Para la realización de esta Tesis, se obtuvo información mediante la consulta de catálogos, 
artículos especializados en el tema, revistas, también se recabó información de las dependencias 
competentes en materia de energía (SENER, CRE, IIE, CONUEE). 
Los datos en los cuales nos apoyaremos serán los de un inmueble de oficinas ubicado en 
Palmas 100, Ciudad de México. De este inmueble se obtuvieron los siguientes datos: 
1) Carga total instalada. 
2) Consumo actual de energía. 
3) Recibos por concepto de pago de energía. 
 
Se realizó la evaluación del proyecto tomando en cuenta: 
• Inversión inicial 
• Costos del equipo 
 Se realizó posteriormente un análisis comparativo en cuestión del ahorro en el pago a la 
compañía suministradora de energía eléctrica y el costo de la energía generada por módulos 
fotovoltaicos. 
Debido a que la instalación de estos equipos es costosa, el alcance de este trabajo es demostrar 
y comparar de manera teórica los impactos ambientales, sociales y económicos que conlleva el uso de 
la energía solar. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Capítulo 1. Las energías renovables y la radiación solar. 
 
8 
1.1 Energías renovables como tecnología para reducir los impactos ambientales. 
México ha dependido fundamentalmente de los hidrocarburos; la economía, las finanzas del 
gobierno, la política y grandes segmentos de la población reconocen al petróleo como una base 
fundamental de la sustentabilidad; y la influencia de la industria del petróleo y del gas se puede 
apreciar en todas partes. 
A pesar de que la extracción del petróleo está en decadencia actualmente, seguirá siendo una 
fuente básica de energía durante las próximas décadas, ya sea a través del monopolio estatal o con la 
apertura hacia el sector privado. 
El sector energético tiene repercusiones importantes en el estado del medio ambiente. Este 
sector representa una fuente importante de emisiones de Gases de Efecto Invernadero (GEI), lo cual 
implica un aumento en la concentración atmosférica y sus consecuentes efectos sobre uno de los 
principales problemas ambientales del planeta: el cambio climático. Este sector en México, tiene 
muchas similitudes con lo que ocurre a nivel internacional, alrededor del 60% de las fuentes de 
emisión de GEI, está relacionado con la generación y uso de la energía, como se muestra en la figura 
1. 
 
Figura 1. Generación y uso de la energía. 
Fuente. IEA 
 
La Agencia Internacional de Energía (IEA, por sus siglas en inglés), es una de las principales 
instancias internacionales en cuanto a cooperación energética se refiere. 
 
28% Generador 
de energía
33% Uso de la 
energía
18% Agricultura, 
bosque y otros usos 
del suelo
14% Desechos
7% Procesos
industriales
Generación y uso de la energía
Capítulo 1. Las energías renovables y la radiación solar. 
 
9 
Esta agencia informó que, en el año 2007, el Suministro Total de Energía Primaria (TPES, 
por sus siglas en inglés) fue de 12026 Mtoe, de las cuales 1492 Mtoe se produjeron a partir de fuentes 
renovables de energía. 
Toe se define como tonelada equivalente de petróleo (tonne of oil equivalent). Esta unidad es 
equivalente a 10.7 gigakcal. La figura 2 muestra que los combustibles fósiles siguen siendo la principal 
fuente de energía, con más del 80% del total. 
 
Figura 2. Combustibles fósiles. 
Fuente IEE. 
 
La urgencia de encontrar alternativas a los combustibles fósiles se ha confirmado en los 
últimos años debido a una progresiva evidencia científica: el planeta está modificando su temperatura, 
el desprendimiento de las capas de hielo polar, el derretimiento de los glaciares, las condiciones 
climáticas extremas y una creciente incidencia de desastres naturales. 
Se estima que las temperaturas globales aumentaron un grado centígrado en los últimos 100 
años y que al final de este siglo serán siete u ocho grados mayores a los actuales. A pesar de las 
reducciones en las emisiones GEI, que se contemplan como la estrategia de mitigación más ambiciosa, 
las temperaturas globales podrían aumentar hasta 6%. Dado que el 86% de la energía global proviene 
de los combustibles fósiles (IEA, 2008) y que producen anualmente 27,000 millones de toneladas de 
emisiones de CO2, encontrar fuentes alternas de energía es muy importante dentro de las estrategias 
para mitigar los efectos del cambio climático. 
 
Petróleo
34.1% 
Carbón 
26.5% 
Gas natural 
20% 
Residuos no 
renovables 
0.2% 
Fuentes 
renovables 
12.4% 
Carbón 
26.5% 
Hidro Combustibles y Otros 
 Residuos renovables 
2.2% 9.6% 0.6% 
Capítulo 1. Las energías renovables y la radiación solar. 
 
10 
El calentamiento global es consecuencia de la emisión de gases de efecto invernadero, como 
el bióxido de carbono y óxido nitroso, que reducen la radiación de luz infrarroja debido al 
calentamiento de la superficie terrestre, absorbiéndola y afectando a todos los seres vivos. 
No cabe duda que atacar el calentamiento global debido al efecto invernadero a través de una 
reestructuración radical del sistema energético global, constituye el reto tecnológico del siglo XXI. 
Este implica por lo menos tres condiciones: voluntad política, investigación y desarrollo tecnológico 
orientado y cooperación internacional. 
Debe quedar muy claro que el impacto del efecto invernadero en la sociedad es un problema 
energético que no desaparecerá simplemente por decretos, normas o reglamentos. El sistema 
energético, que se representa esquemáticamente en la figura 3, puede causar impactos ambientales en 
las diferentes fases de actividad, determinadas por el flujo de energía desde las fuentes de energía 
primaria hasta el uso final de la energía. 
 
Figura 3. Sistema energético. 
Fuente: Energía e impacto ambiental, UNAM,2012. 
 
Estos impactos ambientales pueden ser de tres tipos: 
a. Contaminación material del aire, agua o suelo 
b. Contaminaciónenergética: calor de desecho y ruido 
c. Contaminación estructural, causada por la alteración del medio ambiente: problemas 
de localización de instalaciones energéticas y de la infraestructura necesaria; minería 
del carbón y del uranio. 
Las estrategias para controlar estos problemas de impacto ambiental incluyen aspectos 
técnicos, económicos, sociales y políticos. Entre los aspectos técnicos, pueden jugar un papel muy 
importante el uso racional de la energía y el aprovechamiento de los desechos, tanto energéticos como 
de materia orgánica e inorgánica. 
Tomar en cuenta la densidad de población es importante para abordar temas como las 
provisiones de energía o el cambio climático, ya que conforme aumenta la población global y se 
enriquezca, se presenta una mayor demanda de energía para los bienes de consumo. 
 
 
PRODUCCION 
Fuentes de 
energia primarias TRANSPORTE
TRANSFORMACION
Energías 
secundarias
TRANSPORTE
UTILIZACIόN
Uso final de la 
energía
Capítulo 1. Las energías renovables y la radiación solar. 
 
11 
Las fuentes de energía renovables ofrecen una alternativa casi ilimitada, su potencial es 
suficiente como para reemplazar completamente los recursos no renovables; ya existe la tecnología 
necesaria para utilizar la energía renovable tanto en los países en vías de desarrollo como en los ya 
completamente maduros. Esto significa que, con niveles adecuados de inversión, políticas 
gubernamentales efectivas y los cambios culturales y de actitud necesarios en la sociedad, la energía 
renovable avanzará rápida y significativamente en los próximos años. 
 
1.2 La energía renovable como parte del desarrollo sustentable. 
La vinculación del cambio climático, ocasionado por la actividad económica, con el crecimiento 
poblacional y la presión energética dieron origen al concepto de desarrollo sustentable (término 
acuñado a fines de los años ochenta en el reporte Brundtland titulado “Nuestro futuro común”, 1987). 
En él se establece que el desarrollo sustentable se basa en la noción de que la evolución de hoy no 
debe comprometer la capacidad de futuras generaciones para lograr sus propios objetivos. Esto 
significa un menor énfasis en los recursos no renovables y en las políticas de desarrollo que destruyen 
y dañan el ambiente. Fue a partir de la publicación del reporte Brundtland que el desarrollo 
sustentable se convirtió en un tema central dentro de la política de la organización gubernamental e 
internacional. 
Un elemento importante para los países en vías de desarrollo ha sido el vínculo positivo entre 
las estrategias para la mitigación de los efectos del cambio climático y el desarrollo social y 
económico. Los Créditos de Energía Renovable (CER), en los que la energía producida a partir de 
fuentes renovables reemplaza, en la red nacional, a la electricidad producida convencionalmente. A 
cambio, se reciben fondos como una compensación de carbono. 
 
1.3 La radiación solar. 
La radiación solar que alcanza la parte superior de la atmósfera terrestre tiene una potencia 
por unidad de superficie de alrededor de 1370 [watts/m2]. El espectro de la radiación es similar al 
de un cuerpo negro radiando a 5800 kelvin [K], que es la temperatura en la superficie del Sol; el 10% 
de la radiación es ultravioleta, de longitud de onda muy corta, el 40% corresponde a la región visible 
y el 50% es infrarroja, la de mayor longitud de onda. 
Solamente una fracción de esa radiación llega a la superficie de la Tierra; parte de la radiación 
ultravioleta es absorbida por la capa de ozono situada en la parte alta de la atmósfera; alrededor del 
19% de la radiación total es absorbida por las nubes y el 31 % es reflejada por la atmósfera al espacio 
exterior, constituyendo lo que se llama el albedo; el resto de la radiación llega a la superficie de la 
tierra y casi toda es absorbida, excepto un 3% que es reflejada. 
 
 
Capítulo 1. Las energías renovables y la radiación solar. 
 
12 
La superficie de la Tierra, al calentarse, emite radiación infrarroja, la mayor parte de la cual 
es absorbida por el vapor de agua y por el dióxido de carbono (CO2) y otros gases presentes en la 
atmósfera y radiada de nuevo a la Tierra, lo que constituye el llamado efecto invernadero, que 
contribuye a mantener una temperatura media en la superficie de la tierra del orden de 25° C, superior 
a la que se tendría si no hubiese este efecto invernadero. Si no existiera la atmósfera la temperatura 
media en la superficie terrestre sería de -15°C. 
La insolación recibida en una localización determinada en la superficie de la Tierra puede 
variar entre 0 y 1050 [watts/m2], dependiendo de la latitud, la época del año, la hora del día y la 
nubosidad. 
El aumento del contenido en la atmósfera de los gases de efecto invernadero y principalmente 
del CO2 producido por las actividades humanas y especialmente por la utilización de los combustibles 
fósiles como fuentes de energía, contribuye a aumentar el efecto invernadero y a elevar la temperatura 
en la superficie de la Tierra, lo que está produciendo un cambio climático a nivel global. De aquí la 
importancia de promover el uso de fuentes de energía limpias como la solar, que no contribuyen al 
aumento del efecto invernadero. 
 
1.4 Aprovechamiento directo e indirecto de la radiación solar 
La Tierra recibe del Sol en una hora más energía que la que utiliza la población humana 
mundial en un año. Esta energía solar se debe a la radiación solar tanto directa como difusa. 
Hay dos formas de aprovechar la radiación solar para producir energía eléctrica: mediante la 
conversión directa de esa radiación en electricidad utilizando celdas fotovoltaicas, constituidas por 
un material semiconductor y mediante la concentración de la radiación solar para obtener energía 
térmica que caliente un fluido, el cual impulse a una máquina térmica que a su vez mueva un generador 
eléctrico. 
A continuación, se describen estas dos tecnologías: 
 
Conversión fototérmica 
Los sistemas de conversión fototérmica para producir energía eléctrica que utilizan espejos para 
concentrar la radiación solar reflejándola sobre un sistema captador en el que se calienta un fluido, 
cuya energía térmica se aprovecha para mover una máquina que impulse a un generador eléctrico. 
 
 
 
Capítulo 1. Las energías renovables y la radiación solar. 
 
13 
Existen cuatro tipos de colectores solares de concentración: 
a) Sistemas fototérmicos lineales parabólicos 
Estos sistemas consisten en una superficie reflejante lineal de sección parabólica, que concentra la 
radiación solar en un tubo colocado a lo largo de la línea focal, por el cual circula un fluido que extrae 
el calor producido por la radiación solar concentrada. 
Las instalaciones de este tipo están formadas por un gran número de colectores, dispuestos en filas 
paralelas, orientadas en la dirección norte-sur para aumentar la captación de energía solar. Puede 
además disponerse de un mecanismo de control que haga girar los colectores sobre un eje de manera 
que sigan el movimiento del Sol de oriente a poniente. 
El fluido que circula por el tubo que recibe la radiación solar concentrada suele ser aceite mineral, 
que produce vapor de agua en un cambiador de calor. Este vapor se utiliza en una máquina térmica 
que impulsa un generador eléctrico. Se han realizado instalaciones que generan hasta 80 [MW] y los 
nuevos diseños alcanzarán 250 [MW]. Puede completarse este tipo de instalaciones con un sistema 
de almacenamiento térmico, que permite obtener vapor de agua también durante la noche. 
 
b) Sistemas fototérmicos lineales con reflector de Fresnel 
Recientemente se ha propuesto y está en construcción un sistema lineal en el que se utilizan espejos 
planos o ligeramente curvados, colocados al nivel del piso sobre una estructura móvil que permite 
enfocar la radiación solar sobre un tubo receptor colocado a cierta altura sobre los espejos. El agua 
que circula por el tubo al calentarse se convierte en vaporque impulsa una turbina y esta a su vez, un 
generador eléctrico. 
 
c) Sistemas fototérmicos de disco parabólico 
Consiste en un disco formado por un espejo cuya superficie es un paraboloide de revolución, que 
concentra los rayos solares en un receptor colocado en el foco del paraboloide; este dispositivo está 
montado sobre una estructura que orienta el disco permanentemente hacia el Sol. El receptor de la 
radiación solar concentrada calienta un fluido, generalmente hidrógeno o helio, el cual impulsa una 
máquina térmica, usualmente un motor Stirling, instalado en la proximidad del receptor de la 
radiación y que está acoplado a un generador eléctrico, produciendo potencias del orden de 3 a 25 
[kW]. 
 
 
 
Capítulo 1. Las energías renovables y la radiación solar. 
 
14 
d) Sistemas fototérmicos de torre central 
En estos sistemas un gran número de espejos planos, llamados helióstatos, movidos por un 
mecanismo que los orienta permanentemente hacia el Sol, reflejan la radiación solar sobre el 
cambiador de calor montado en una torre central. El vapor de agua producido mueve una turbina que 
impulsa un generador eléctrico, pudiendo obtenerse potencias del orden de 10 a 200 [MW]. También 
en este tipo de instalaciones puede tenerse un sistema de almacenamiento térmico. Para enfrentar el 
problema de la variación de la radiación solar recibida, que se reduce a cero durante la noche y cuya 
intensidad puede variar durante el día en función de la nubosidad, se han desarrollado instalaciones 
para almacenar la energía térmica. 
 
Si el fluido de trabajo que se calienta en los sistemas fototérmicos es aceite, puede transferir parte del 
calor a depósitos con sales, que lo almacenan para utilizar esa energía ulteriormente. Se investigan 
otros sistemas de almacenamiento de calor, como la utilización de materiales con cambio de fase, lo 
que permite almacenar grandes cantidades de energía en volúmenes relativamente pequeños. 
 
Conversión fotovoltaica: 
La mayor parte de las celdas fotovoltaicas actualmente en uso están constituidas por la unión 
de dos capas muy delgadas de silicio cristalino, que se han contaminado con pequeñas cantidades de 
otros elementos, como boro y fósforo, lo que da lugar a materiales semiconductores de tipo positivo 
(p) y negativo (n). El contacto entre dos materiales de distinta polaridad crea una diferencia de 
potencial y la radiación solar incidente sobre la celda así constituida libera electrones, que circulan 
por un circuito exterior en forma de corriente continua, impulsados por la diferencia de potencial. 
Otro tipo de celda fotovoltaica utiliza silicio amorfo en capas aún más delgadas y se desarrollan 
celdas de silicio microcristalino. También se fabrican celdas con películas de otros materiales tales 
como compuestos de cadmio, indio y galio. 
La eficiencia de una celda fotovoltaica está dada por la porción de la potencia de la iluminación 
solar incidente en la celda que se convierte en energía eléctrica. 
Una celda fotovoltaica de silicio cristalino tiene una eficiencia del orden del 20%, mientras que 
en otros tipos de celdas de película muy delgada la eficiencia es del orden del 11 %, pero requieren 
menos material y su proceso de fabricación consume menos energía que en el caso de las celdas de 
silicio cristalino. 
 
 
 
Capítulo 1. Las energías renovables y la radiación solar. 
 
15 
Para aumentar la eficiencia de las celdas fotovoltaicas se han desarrollado celdas formadas por 
elementos de los grupos III y V de la tabla periódica, como por ejemplo las compuestas por una capa 
superior de arséniuro de galio (GaAs), una capa intermedia de fosfuro de galio e indio y una capa 
inferior de germanio; con este tipo de celdas se alcanzan eficiencias cercanas al 40% debido a que 
absorben una porción mayor del espectro de la luz solar. Además, para compensar el alto costo de 
estos materiales, esas celdas se utilizan con sistemas de concentración de la luz solar, constituidos 
por lentes o espejos, lo que permite reducir la superficie de las celdas. 
 
Las celdas solares se interconectan formando módulos o paneles para obtener la potencia 
deseada. Estos módulos se montan sobre estructuras que pueden ser fijas, orientadas hacia el Sol de 
acuerdo con la latitud del lugar, o móviles para seguir la trayectoria del Sol, que es un requisito 
indispensable en el caso de celdas con concentración, ya que requieren recibir la radiación solar 
directa perpendicularmente a la celda. Si las celdas fotovoltaicas se van a conectar a un sistema 
eléctrico de corriente alterna, se requiere un dispositivo inversor para convertir la corriente continua 
producida por las celdas fotovoltaicas en corriente alterna. 
 
1.5 Espectro luminoso 
La luz, sea esta de origen solar, o generada por un foco incandescente o fluorescente, está 
formada por un conjunto de radiaciones electromagnéticas de muy alta frecuencia agrupadas dentro 
de un cierto rango, llamado espectro luminoso. 
 
Figura 4. Espectro electromagnético de la luz solar. 
Tipler, Paul A, Física Preuniversitaria. Reverté, S.A, España 1998. 
 
Capítulo 1. Las energías renovables y la radiación solar. 
 
16 
La intensidad y frecuencias del espectro luminoso generado por el Sol sufren alteraciones 
cuando la luz atraviesa la atmosfera. Ello se debe a la absorción, reflexión y dispersión que toma lugar 
dentro de esta. Los gases presentes en la capa atmosférica actúan como filtros para ciertas frecuencias, 
las que se ven disminuidas en su intensidad o son absorbidas totalmente. 
 
1.6 El proceso fotovoltaico 
 
Responde a un limitado rango de frecuencias dentro del espectro visible, de manera que es 
importante definir el espectro de radiación de la fuente luminosa que se utiliza para evaluar la celda 
fotovoltaica. Esto se hace especificando un parámetro denominado masa de aire como a continuación 
se describe. 
 
La posición relativa del Sol respecto a la horizontal del lugar determina el valor de la masa de 
aire atravesada por la radiación solar. Cuando los rayos solares caen formando un ángulo de 90º 
respecto a la horizontal, se dice que el Sol ha alcanzado el zenit. 
 
Para esta posición la radiación directa del Sol atraviesa una distancia mínima a través de la 
atmosfera. Cuando el Sol está más cercano al horizonte, esta distancia se incrementa, es decir, "la 
masa de aire" es mayor. 
 
 
Figura 5. Variación de la masa de aire a través de la atmosfera. 
Fuente:IIE. 
 
A la posición del zenit se le asigna una masa de aire igual a 1 (M1). Cualquiera otra distancia 
tendrá una masa de aire que puede calcularse usando la expresión: 
Masa	de	aire 	
1
cos ∝	
			Ecuación	1 
Capítulo 1. Las energías renovables y la radiación solar. 
 
17 
 
Donde α es el ángulo formado entre la posición de zenit y la posición del Sol en ese momento. 
Algunos autores asignan, arbitrariamente, el valor M = 0 para el espectro luminoso fuera de la 
atmósfera. El valor carece de sentido matemático, ya que no se satisface la ecuación de Masa de aire. 
 
La fuente luminosa usada para medir la potencia de salida de un panel fotovoltaico tiene un 
espectro luminoso correspondiente a una masa de 1.5 (M 1.5), el que ha sido adoptado como estándar. 
La intensidad es muy cercana a 1[kW/m2]. 
 
 La cantidad total de radiación solar (directa y reflejada) que se recibe en un punto determinado 
del planeta, sobre una superficie de 1[m2], para un determinado ángulo de inclinación entre la 
superficie colectora y la horizontal del lugar, recibe el nombre de insolación. Para obtenerla se 
necesitan tener en cuenta las variaciones cíclicas estacionales realizando mediciones de la radiación 
solar diaria durante 10 o más años. Se usan diferentes unidades para expresar el valor de la insolación 
de un lugar. La más conveniente para nuestra aplicación es el kilowatt hora por metro cuadrado 
[kWh/m2], o su valor equivalente en 100 miliwatt hora por centímetro cuadrado [102mWh/cm2]. 
 
 
Si la superficiecolectora mantiene un ángulo de inclinación fijo, el valor de la insolación en 
una localización dada depende de las condiciones atmosféricas y la posición del Sol respecto al 
horizonte. La presencia de nubes incrementa la absorción, reflexión y dispersión de la radiación solar. 
La posición respecto a la horizontal cambia durante el día y con las estaciones. 
 Los fabricantes de paneles fotovoltaicos (FVs) determinan la máxima potencia eléctrica de 
salida usando una fuente con una potencia luminosa de 1[kW/m2]. Este valor, conocido con el 
nombre de SOL, se ha convertido en un estándar para la industria. 
 
1	SOL =
�	��
��
=
���	�������� 
!��
					Ecuación	2	 
 
1.7 Situación a nivel nacional 
México es un país privilegiado en lo referente al alto nivel de irradiación solar incidente en 
gran parte de su territorio. La irradiación promedio diaria anual estimada es superior a 4.4 
[kWh/m2] en todo el territorio nacional y en algunas regiones llega a valores mayores de 6 
[kWh/m2] situación que hace factible la instalación de sistemas fotovoltaicos para producir energía 
eléctrica máxime si se comparan estas intensidades con las alcanzadas en países líderes en la 
implantación de la tecnología Sistemas Fotovoltaicos Interconectados como es el caso de Alemania 
cercana a 3[kWh/m2] y Japón 4[kWh/m2]. 
 
 
 
Capítulo 1. Las energías renovables y la radiación solar. 
 
18 
 
 
Figura 6. Radiacion solar diaria promedio anual. 
Fuente:IIE 
 
 
En el caso de México la mayor parte de energía fotovoltaica corresponde a Sistemas Aislados 
y son pocos todavía los sistemas interconectados a la red. 
 
El Instituto de Investigaciones Eléctricas ha evaluado desde hace más de 10 años la tecnología 
de Sistemas Foto-Voltaicos Interconectados (SFVI), primero con sistemas monofásicos de menos de 
dos kilowatts pico (2 [kWp]) en diferentes poblaciones de la República y en 2005 con un sistema 
trifásico con capacidad de 30.6 [kWp] que funciona en la Ciudad de México. 
 
A finales de 2006 en Mexicali B.C., 220 viviendas económicas de un fraccionamiento nuevo 
fueron dotadas con un SFVI con capacidad de 1 [kWp] y se estima que podrán generar hasta el 50% 
anual del consumo de energía eléctrica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Capítulo 1. Las energías renovables y la radiación solar. 
 
19 
 
 
 
Figura 7. Horas de sol pico por día para la República Mexicana 
 
El territorio mexicano se encuentra en el hemisferio norte. En esta región, la trayectoria 
aparente del Sol durante la mayor parte del año, desde el amanecer hasta el atardecer se observa hacia 
el sur. 
 
 
 
Capítulo 1. Las energías renovables y la radiación solar. 
 
20 
 
 
 La latitud del sitio define la orientación e inclinación que deberá poseer un arreglo 
fotovoltaico. Por ejemplo, para la Ciudad México, el ángulo de inclinación del arreglo de los paneles 
fotovoltaicos es igual a la latitud local para obtener una mayor producción de energía, esto es a 
aproximadamente a 19°. 
 
 
 
 
Figura 8. Orientación del arreglo FV para máxima producción de energía eléctrica anual. 
Fuente:IIE. 
 
 
A continuación, se muestran en la tabla los ángulos de inclinación más adecuados para la 
orientación de los paneles respecto al Sol. 
 
Ángulo de 
Inclinación 
Resultado 
Latitud Máxima generación eléctrica anual y durante 
la primavera y el otoño. 
Latitud -15 Máxima generación eléctrica en verano 
Latitud +15 Máxima generación eléctrica en invierno 
 
Capítulo 1. Las energías renovables y la radiación solar. 
 
21 
 
 
Conclusiones 
 
El aumento de GEI y principalmente de CO2 por las actividades humanas y por la utilización 
de combustibles fósiles como fuente de energía promueve el aumento de la temperatura en la 
superficie terrestre, por tal motivo se tiene que promover el uso de fuentes de energía limpias para 
mitigar este efecto. 
 
El sistema de generación de energía eléctrica que consiste en: generación (fuentes de energía 
primarias), transporte, transformación (energías secundarias), transporte y utilización (uso final de la 
energía causa impactos ambientales en las diferentes fases de esta actividad 
 
Alrededor del 60%de las fuentes de generación de GEI se debe a la generación y uso de la 
energía, por depender de combustibles fósiles debido a que el aumento desmedido de la población y 
su enriquecimiento demanda una mayor producción de energía. Para abastecer dicha energía y reducir 
la dependencia de combustibles fósiles como fuente principal y no comprometer a las futuras 
generaciones dio paso a lo que se conoce como desarrollo sustentable. 
 
El territorio de la República Mexicana tiene una radiación solar promedio diario anual de 4.4 
[kWh/m2], mayor a otros países que son líderes en la implementación de la tecnología de sistemas 
fotovoltaicos, lo que hace factible la instalación de esta tecnología para la generar energía eléctrica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Capítulo 2. La celda fotovoltaica 
 
22 
2.1 El efecto fotovoltaico. 
Es posible convertir directamente energía solar en energía eléctrica mediante un proceso 
fotovoltaico basado en los semiconductores. El efecto fotovoltaico es la generación de una fuerza 
electromotriz como resultado de la acción de los iones. Los dispositivos para la conversión de la luz 
solar en energía eléctrica son conocidos como celdas fotovoltaicas o celdas solares. Ya que 
básicamente un diodo es capaz de desarrollar un voltaje de 0.5 a 1 volt y una corriente de 20 a 40 
[mA/cm2] dependiendo de los materiales usados. 
 
Los materiales usados para las celdas fotovoltaicas son los semiconductores, ya que la energía 
que liga a los electrones de valencia con su núcleo es similar a la energía de los fotones que constituyen 
la luz solar. Al incidir ésta sobre el semiconductor (normalmente silicio), sus fotones suministran la 
cantidad de energía necesaria a los electrones de valencia como para que se rompan los enlaces y 
queden libres para circular por el semiconductor. 
 
 
Figura 9. Átomo de silicio. 
Fuente:Alcor, Instalaciones solares fotovoltaicas, 2002 
 
Al lugar dejado por ausencia del electrón liberado se le llama hueco, y dispone de carga 
eléctrica positiva. Estos huecos también se desplazan, ya que el electrón liberado es susceptible de 
caer en un hueco próximo, produciéndose entonces un movimiento de estas “ausencias de electrones”. 
Al hecho de que los electrones ocupen huecos dejados por otros electrones se le denomina 
recombinación. 
 
 
Capítulo 2. La celda fotovoltaica 
 
23 
 
Figura 10. Liberación de electrones del átomo de silicio. 
Fuente: Alcor, Instalaciones solares fotovoltaicas, 2002 
 
 
Estos electrones libres y estos huecos creados en los puntos donde hay luz, tienden a 
difundirse hacia las zonas oscuras, con lo cual pierden su actividad. Sin embargo, al moverse ambas 
partículas en el mismo sentido, no producen corriente eléctrica, y antes o después se recombinan 
restableciendo el enlace roto. En la región donde estas parejas de electrones y huecos han sido creados 
se formará un campo eléctrico en el interior del semiconductor, este campo separa a los electrones de 
los huecos, haciendo que cada uno circule en dirección opuesta y dando lugar a una corriente eléctrica 
en el sentido del campo eléctrico. 
En las celdas solares convencionales este campo eléctrico se consigue mediante la unión de 
dos regiones de un cristal de silicio que ha sido tratado químicamente. Una de las dos regiones, la 
llamada n, ha sido dopada o se han agregado a esta región impurezas con fósforo. El fósforo tiene 
cinco electrones de valencia, uno más que el silicio, de manera que la región dopada con fósforo 
muestra una afinidad por los electrones menor que el silicio puro. La otra región, llamada p, ha sido 
dopada con boro. El boro tiene sólo tres electrones de valencia, uno menos que el silicio, y por ello el 
silicio dopado con boro tiene una afinidad por los electrones superior al silicio puro. De esta manera,la unión p-n formada presenta una diferencia de potencial V que hace que los electrones tengan menos 
energía en la zona n que en la zona p. Un campo eléctrico dirigido de la zona n hacia la p tiende a 
enviar los electrones hacia la zona n y los huecos hacia la zona p. 
La construcción de una celda de silicio convencional parte de una barra cristalina de silicio 
dopado con boro, que se corta en discos de un espesor de 0.3 [mm]. Una de sus caras se dopa 
fuertemente con fósforo, mediante difusión a alta temperatura en una atmósfera gaseosa rica en el 
mismo, de forma que este elemento penetre en el silicio, hasta una profundidad aproximada de 0.3 
micras. Encima de esta capa se deposita una rejilla metálica conductora, y en la parte posterior una 
capa continua. Estas sirven para facilitar la toma de contactos eléctricos con las dos regiones. 
Capítulo 2. La celda fotovoltaica 
 
24 
Cuando inciden fotones sobre la capa superior de la celda, algunos enlaces se rompen, 
generándose entonces pares electrón-hueco. Si esta generación se produce a una distancia de la unión 
menor que lo que se denomina longitud de difusión, antes o después estos portadores serán separados 
por el fuerte campo eléctrico que existe en la unión, moviéndose el electrón hacia la zona n y el hueco 
hacia la p y dando lugar a una corriente desde la zona n a la zona p. 
Los fotones absorbidos en las regiones posteriores de la celda solar que son los de mayor 
longitud de onda tendrán pocas posibilidades de alcanzar la unión si la longitud de difusión no es lo 
suficientemente grande. Es necesario que el cristal de silicio sea estructural y constitucionalmente 
muy puro, es decir, que sea monocristal y que tenga una bajísima concentración de impurezas 
distintas a las añadidas de boro y fósforo. 
La corriente dada por cada celda solar para una iluminación determinada varía en función de 
la caída de tensión producida en el exterior. La corriente suministrada es casi constante, hasta que se 
llega a un valor de tensión para el cual el campo de la unión decrece sensiblemente. Entonces la 
corriente tiende a cero rápidamente. La potencia máxima que puede dar una celda corresponde a una 
tensión algo inferior a la de circuito abierto, como se muestra en la figura 11. La máxima intensidad 
de cortocircuito ICC que puede suministrar la celda se produce cuando no existe ninguna tensión 
exterior, pero en ese caso no suministra potencia en absoluto. El valor de la intensidad máxima, Imáx 
es menor que la intensidad de cortocircuito ICC. 
 
 
Figura 11. La corriente dada por cada celda solar en función de la caída de tensión producida en el exterior. 
 
 
Para obtener un buen rendimiento en las celdas solares, éstas deben estar constituidas por un 
material en el que la energía del enlace de sus electrones de valencia no sea muy baja, ya que se 
perdería buena parte de la energía del fotón, ni muy alta, pues entonces sólo los fotones más 
energéticos del espectro solar podrían romper los enlaces. El silicio, con 1.1 [eV] es el material más 
usado. El arseniuro de galio, con 1.4 [eV], tiene teóricamente mejores características, pero es más 
caro. El sulfuro de cobre, con 1 .2 [eV], es un material prometedor. 
 
Capítulo 2. La celda fotovoltaica 
 
25 
2.2 Rendimiento de las celdas fotovoltaicas 
El rendimiento se define como el cociente entre la potencia eléctrica máxima que puede 
suministrar una celda fotovoltaica y la potencia luminosa que incide sobre su superficie. El 
rendimiento obtenido en laboratorio sobre celdas de silicio monocristalino es del 22% a 24%, pero 
una vez que se pasa a su fabricación masiva éste baja a un valor aproximado del 14 % al 20%, lo que 
quiere decir que, de cada 100 watts que se recibe del Sol, tan sólo 14 o 20 se aprovechan para nuestro 
uso. El hecho de este rendimiento tan bajo se debe fundamentalmente a los siguientes factores: 
a) Energía de los fotones incidentes. Ocurre en gran medida que los fotones contenidos en la luz 
solar no disponen de la energía suficiente como para romper el enlace covalente y crear el par 
electrón-hueco. 
 
b) Pérdidas por recombinación. Hacen que la tensión de vacío disminuya desde aproximadamente 
1.1 [V] hasta un máximo de 0.6 [V] en circuito abierto, debido a diversos factores y al propio 
proceso de fabricación de la celda solar. 
 
c) Pérdidas por reflexión. Si se dispusiera la oblea de silicio tal y como queda después de haberse 
producido el corte en la barra de silicio monocristalino, la cantidad de luz reflejada tendría un 
valor aproximado del 30 %. No obstante, se han empleado diferentes recubrimientos que reducen 
este valor aproximadamente al 10% 
 
d) Pérdidas por los contactos eléctricos. Evidentemente, el hecho de dotar a la celda solar de unos 
contactos que canalicen los electrones liberados hacia el circuito exterior, hace que parte de su 
superficie de captación se vea tapada por estos contactos eléctricos de rejilla, que no son 
transparentes y, en definitiva, restan iluminación. Las pérdidas por este concepto pueden 
evaluarse, como media, en un 8 %, ya que dependen del diseño de la celda. 
 
e) Pérdidas por resistencia serie. Son debidas al efecto Joule que se produce al circular la corriente 
eléctrica a través del silicio, produciendo un calentamiento. Representan sobre el conjunto un 2% 
a 3%. La eficiencia real de la celda solar fotovoltaica no puede superar el 15 %, debido a las 
dificultades de reducir las diferentes pérdidas. 
Una celda solar de silicio monocristalino no es otra cosa que un diodo de unión p-n que se hace 
especialmente sensible a la iluminación, generando la corriente eléctrica. En la figura 12 se observa 
el circuito equivalente de una celda fotovoltaica, donde se aprecia el generador de corriente 
fotogenerada, el diodo, un pequeño efecto capacitivo y dos resistencias típicas de la fabricación, una 
en serie y otra en paralelo (o shunt), que están formadas por los propios materiales utilizados. 
Capítulo 2. La celda fotovoltaica 
 
26 
 
Figura 12. Circuito equivalente de una celda solar. 
 
2.3 Parámetros de una celda solar 
La curva intensidad-tensión (I- V) que define el comportamiento de una celda fotovoltaica es 
la mostrada en la figura siguiente: 
 
Figura 13. Curva intensidad-tensión. 
 
En dicha figura se pueden ver los parámetros típicos que definen a una celda solar. Estos 
parámetros son los siguientes: 
Intensidad de cortocircuito, ICC 
Es aquella que se produce a tensión cero, pudiendo ser medida directamente con un 
amperímetro conectado a la salida de la celda solar. Su valor varía en función de la superficie y de la 
radiación luminosa a la que la celda es expuesta. En celdas cuadradas de 4, 5 y 6 pulgadas, las 
corrientes se sitúan en los 3.1 [A], 4.4 [A] y 7.1 [A] respectivamente, para una radiación de 100 
[mW/cm2]. 
R
e
si
st
e
n
ci
a 
e
n
 p
ar
al
e
lo
 
Resistencia serie 
Capítulo 2. La celda fotovoltaica 
 
27 
Tensión de circuito abierto, VCA 
Es la tensión que se puede medir al no existir una carga conectada y representa la tensión 
máxima que puede dar una celda. Su medida se realiza simplemente conectando un voltímetro entre 
bornes, y su valor oscila, según el tipo de construcción interior de la celda, alrededor de los 0.5 [V]. 
Potencia pico, Wp 
Es la potencia eléctrica máxima que puede suministrar una celda, y queda determinada por el 
punto de la curva I-V donde el producto de la intensidad producida y la tensión son máximos. 
Factor de forma (FF) 
Se define mediante la expresión: 
FF 	
Wp
Wmáx
	
I*V,
I!!V!�
				Ecuación	3 
El FF siempre será un valor más pequeño que la unidad, y la celda solar será tanto mejor 
cuanto más se aproxime el valor del factor de forma a la unidad. Normalmente, en las celdas 
comerciales el FF está comprendido entre 0.7 y 0.8, teniendo las de silicio monocristalino, por regla 
general, mejor valor que las fabricadas con silicio policristalino. El factor de forma resulta ser un 
parámetrode gran utilidad práctica, ya que al ser comparado con el de otro tipo de celda nos da una 
idea de la calidad relativa de una celda con respecto a otra. 
 
2.4 Eficiencia de conversión o rendimiento 
Por último, otro parámetro que define la calidad de una celda fotovoltaica es el rendimiento o 
eficiencia de conversión, representado por la siguiente fórmula: 
n =
W,
W.
			Ecuación	4	 
Donde WP, (potencia pico) es igual al producto de la intensidad pico (IP) por la tensión pico 
(VP), representada en la figura 13 por el rectángulo rayado, y WX es la potencia de radiación incidente 
sobre la superficie de la celda solar. Y Wx se puede definir como la irradiancia [W/m2] por el área 
de los paneles [m2]. 
Para conocer bien el funcionamiento de una celda fotovoltaica se deben tener presentes dos 
conceptos fundamentales: 
a) La tensión en bornes de una unión p-n varía en función de la temperatura, pero a un determinado 
valor de esta última, dicha tensión es constante. 
Capítulo 2. La celda fotovoltaica 
 
28 
 b) La corriente suministrada por una celda solar a un circuito exterior es proporcional a la intensidad 
de la radiación y a la superficie de la celda. Si se mantiene una iluminación constante y se varía la 
temperatura, la curva inicial se va desplazando a la vez que la tensión de circuito abierto va haciéndose 
más pequeña. 
 
Figura 14. Efecto de la temperatura (variable). 
 
Si se mantiene a la celda a una temperatura constante y se disminuye la radiación incidente, 
se obtienen unas corrientes de cortocircuito cada vez menores, pero que están relacionadas 
proporcionalmente con las iluminaciones. 
 
Figura 15. Efecto de la temperatura (constante). 
Capítulo 2. La celda fotovoltaica 
 
29 
Se puede decir, en consecuencia, que a medida que la temperatura a la que se encuentra la celda 
aumenta, disminuye el rendimiento, produciéndose el efecto contrario, es decir, un aumento del 
rendimiento, en función de temperaturas más bajas. 
Dos parámetros se definen con respecto a la variación con la temperatura. Son los llamados 
parámetros alfa (α) y beta (β), que lógicamente son diferentes para cada tipo de celda. Sus definiciones 
y los valores típicos de los mismos para tecnología monocristalina son: α: variación de la intensidad 
de cortocircuito con la temperatura valor típico = 0.63 [mA/°C], β: variación del voltaje de circuito 
abierto con la temperatura. 
A continuación, se numeran los diferentes atributos de tecnologías fotovoltaicas. 
Atributos de tecnologías fotovoltaicas 
 
Silicio 
policristalino 
Película 
delgada 
Mayor eficiencia � 
Mayor capacidad de generación para áreas iguales � 
Menor requerimiento de área de arreglo � 
Mayor producción eléctrica al año por kW instalado � 
Mayor confiabilidad y estabilidad � 
Mayor desempeño en clima cálido y con nublados � 
Mayor desempeño en clima frio � 
Mayor afectación del desempeño por sombreados � 
Mayor versatilidad de integración arquitectónica � 
Eficiencia aproximada 18% 13% 
Tabla 1. Fuente: IIE 
 
Para aumentar la eficiencia de las celdas fotovoltaicas se han desarrollado celdas formadas por 
elementos de los grupos III y V de la tabla periódica, como por ejemplo las compuestas por una capa 
superior de arséniuro de galio, una capa intermedia de fosfuro de galio e indio y una capa inferior de 
germanio; con este tipo de celdas se alcanzan eficiencias cercanas al 40% debido a que absorben una 
porción mayor del espectro de la luz solar. 
 
 
 
Capítulo 2. La celda fotovoltaica 
 
30 
2.5 Tipos de Celdas fotovoltaicas 
a) Celda de arseniuro de galio 
Son quizá estas celdas fotovoltaicas las más indicadas para la fabricación de módulos, ya que 
su rendimiento teórico alcanza límites cercanos al 27% a 28% en su versión monocristalina. El 
problema principal radica en que este material es raro y poco abundante, hecho por el cual no se ha 
empezado su manipulación hasta hace relativamente poco tiempo. 
Una característica interesante del AsGa es su elevado coeficiente de absorción, que hace que 
con poco material se obtenga una eficiencia elevada. Otra particularidad de suma importancia es que 
puede trabajar a temperaturas altas con menores pérdidas que el silicio monocristalino, lo que permite 
que sea utilizado con ventaja en sistemas de concentración. 
En definitiva, la celda de arseniuro de galio presenta unas buenas características, pero su uso 
se ve limitado por el elevado costo de producción de este material, que hace, por el momento, que su 
precio no resulte competitivo frente a las tecnologías actualmente utilizadas. 
b) Celda de sulfuro de cadmio y sulfuro de cobre 
Se ha experimentado también en la obtención de celdas compuestas por dos capas: una de 
sulfuro de cadmio (SCd) y otra de sulfuro de cobre (SCu2). Los rendimientos máximos obtenidos en 
laboratorio no superan el 10%, viéndose disminuidos a la mitad una vez que se llegara a la práctica 
industrial. El grave problema que presenta este tipo de celda es la degradación que se produce con el 
paso del tiempo. 
c) Celdas bifaciales 
Esta tecnología de fabricación consiste en crear una doble unión, normalmente n-p-p de tal 
forma que la célula sea activa tanto en la cara frontal como en su cara posterior. Este procedimiento 
permite captar la radiación frontal y la reflejada en el suelo o albedo, que es transformada en energía 
eléctrica en la parte posterior de la célula fotovoltaica. Lógicamente, la energía producida por el 
albedo es menor que la que produce la radiación directa, pudiendo llegar su valor al 30% de la energía 
total cuidando la calidad de la superficie de reflexión, así como ciertas condiciones mecánicas en la 
colocación del panel formado por este tipo de celda. Las celdas bifaciales obtienen, por tanto, mejor 
rendimiento que las monofaciales, pero lógicamente el costo de producción se eleva, ya que se 
necesitan varios tratamientos extras en el dopaje del silicio para crear las diferentes capas activas. 
d) Celda de silicio amorfo 
La gran ventaja de la utilización del silicio amorfo para la fabricación de celdas fotovoltaicas 
radica en el espesor del material a utilizar, ya que puede llegar ser 50 veces más fino que el equivalente 
fabricado en silicio monocristalino. El silicio amorfo tiene unas propiedades totalmente diferentes al 
silicio cristalino. Por ejemplo, su elevada velocidad de recombinación, producida por la gran cantidad 
de imperfecciones en la red cristalina, que crean núcleos activos para la recombinación. 
Capítulo 2. La celda fotovoltaica 
 
31 
Este defecto se ve compensado en parte por la adición de hidrógeno en proporciones cercanas 
al 50%, que hace disminuir la velocidad de recombinación de los portadores. 
El silicio amorfo presenta también un alto coeficiente de absorción, lo que permite la 
utilización de espesores de material activo muy pequeños. 
Existen estudios para comprobar la viabilidad de fabricar celdas solares de silicio amorfo 
superponiendo varias capas, cada una sensible a unas determinadas radiaciones, con lo cual se podrían 
obtener rendimientos próximos a los del silicio monocristalino, al sumarse la efectividad de cada una 
de ellas. El desarrollo histórico del silicio amorfo desde que, aproximadamente en 1983, saliera al 
mercado fotovoltaico con un rendimiento entre el 3 % y el 4 %, en su versión de unión simple p-n, ha 
llegado a conseguir eficiencias del 9 % en este mismo tipo de unión, y valores próximos a los 
estándares del silicio monocristalino en las versiones multicapa. 
En definitiva, el silicio amorfo se presenta como un candidato importante para la fabricación 
de celdas fotovoltaicas, una vez que sean resueltos los problemas de degradación que sufren las celdas 
al ser expuestas al sol después de un determinado tiempo de trabajo. Estudios realizados llegaron a 
la conclusión de que el parámetro causante dedicha disminución de potencia entregada es el FF, 
debido a una disminución de la longitud de colección de portadores, y se proponían diversas 
soluciones, entre las cuales se citaba una mayor utilización de las celdas de silicio amorfo multicapa. 
El costo de fabricación de las celdas de silicio amorfo es, en principio, mucho más barato que 
el del resto de las tecnologías, como consecuencia del poco material que se emplea y la facilidad de su 
fabricación en masa, por lo que son muy usadas en pequeñas aplicaciones (calculadoras, relojes, radios, 
linternas, etc.) donde su limitada vida no es un problema, dado que la vida activa del propio aparato 
que las incorpora suele ser más corta, por tratarse de equipos inmersos claramente en mercados de 
consumo. Algunas compañías fotovoltaicas siguen experimentando con este material en su 
producción industrial para aplicaciones profesionales, sin que hasta el momento se comercialice 
masivamente. 
 
 c) Celda de silicio monocristalino 
Las celdas fotovoltaicas más usadas en la actualidad son las de silicio monocristalino. Esto 
puede deberse en gran parte a la importante industria que se ha montado alrededor del silicio, ya que 
es la base de todos los transistores, circuitos integrados y otros componentes activos electrónicos. 
Por otro lado, no podemos olvidar que el silicio es el segundo material más abundante en la Tierra, 
después del hidrogeno. Después de estos datos, uno puede preguntarse la razón por la cual las celdas 
fotovoltaicas tienen un costo elevado. La respuesta a esta cuestión tiene varias vertientes. 
Primeramente, el silicio no se encuentra en estado puro y existen ciertos elementos de difícil 
eliminación. 
 
Capítulo 2. La celda fotovoltaica 
 
32 
Por otra parte, se ha de fundir y hacerse crecer para formar un monocristal, como se verá más 
tarde, etapa en la cual se invierte mucho tiempo y mucha energía. Otro aspecto importante es que, 
por el momento, su uso está un poco limitado, no pudiéndose fabricar en cantidades tales que pudieran 
abaratar sensiblemente el costo del producto. 
f) Celda de silicio policristalino 
Son aquellas obtenidas a partir de procesos que no necesitan un control exhaustivo de la 
temperatura en la solidificación del material de silicio, ni tampoco un crecimiento controlado de su 
red cristalina. Son denominadas policristalinas, ya que la solidificación no se hace en un solo cristal 
sino en múltiples. 
Del primer rendimiento obtenido al inicio de la década de los ochenta, que se situaba entre el 
7% y el 8%, se ha logrado incrementar a valores próximos al 12%, siendo incluso posible, en los 
procesos de fabricación refinados, llegar a valores del 14 %. No obstante, su precio difiere en estos 
casos poco o nada respecto a la tecnología monocristalina tradicional habitualmente utilizada. Una 
gran ventaja en la fabricación de celda de silicio policristalino es la posibilidad de producirlas 
directamente en forma cuadrada, lo que facilita enormemente la fabricación de paneles solares 
compactos sin posteriores mecanizaciones de la célula. 
Hay diferentes tipos de silicio policristalino atendiendo al tamaño de los cristales que lo 
componen, que generalmente en los más modernos es mucho más pequeño que en las celdas más 
antiguas, lo que da un aspecto más homogéneo a su superficie. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Capítulo 2. La celda fotovoltaica 
 
33 
 
Conclusiones 
 
En este capítulo, se describió el funcionamiento de la celda fotovoltaica, que se puede 
caracterizar como un diodo de unión p-n y las diferentes curvas que definen su funcionamiento. 
Existen diferentes tipos de celdas fotovoltaicas dependiendo de los materiales de fabricación, 
siendo las, más usadas en la actualidad las fabricadas de silicio monocristalino. 
Una definición importante en la caracterización de las celdas fotovoltaicas es la potencia pico, 
que se define como la máxima potencia que puede suministra una celda, en donde el producto de la 
intensidad producida (I[Ap]) y la tensión (V[Vp]) son máximos. 
Es importante tomar encuentra que el rendimiento de las celdas fotovoltaicas se encuentra 
entre 22% y 24% en laboratorio, y que, montadas en operación normal de trabajo, de cada 100[W] 
que reciben del Sol, solo de 14 a 20[W] son aprovechados. Estos valores dependen de las 
características ambientales del lugar en la que son instalados, a mayor temperatura disminuye su 
rendimiento y por el contrario, si las temperaturas son por debajo de la temperatura media, el 
rendimiento de estas celdas aumenta, y este es un parámetro muy importante para el diseño de un 
SFV. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Capítulo 3. Elementos de los Sistemas Fotovoltaicos 
 
Pág. 34 
 
3.1 Aprovechamiento directo e indirecto de la energía solar 
La radiación solar puede convertirse en energía térmica de baja temperatura (menos de 100 
[°C]) por medio de captores solares relativamente sencillos. Si se requiere obtener temperaturas más 
altas es necesario concentrar la radiación solar con diferentes dispositivos. Las temperaturas más 
elevadas permiten producir el calentamiento de un fluido a través de un ciclo termodinámico. Este 
proceso constituye un aprovechamiento directo de la energía solar mediante una conversión foto 
térmica. 
 
También puede aprovecharse la energía solar por medio de una aplicación del efecto 
fotovoltaico, que consiste en que cuando la energía solar incide sobre ciertos materiales, se emiten 
electrones y mediante dispositivos adecuados pueden obtenerse corrientes y voltajes continuos, lo 
que se denomina conversión fotovoltaica de la energía. 
 
La energía del viento o energía eólica constituye una manifestación indirecta de la energía 
solar. El viento se debe a la circulación del aire atmosférico producido por las diferencias de 
calentamiento de la superficie del globo terrestre, lo que crea gradientes de temperatura entre 
distintas regiones (mares, continentes), localizados a diferentes latitudes. 
 
Igualmente, la energía que puede obtenerse de una caída hidráulica es una forma indirecta de 
aprovechamiento de la energía solar, que es la que produce el ciclo hidráulico de evaporación, 
desplazamiento de las nubes, precipitaciones como lluvia, nieve, granizo y escurrimiento del agua por 
la superficie de la Tierra hasta regresar a mares y lagos o recargar los acuíferos subterráneos. La 
utilización de la biomasa como energético es otra forma de aprovechamiento indirecto de la energía 
solar. 
 
3.2 Celdas fotovoltaicas 
 
Las celdas fotovoltaicas que se encuentran distribuidas formando paneles solares tuvieron en 
los primeros satélites espaciales una de sus aplicaciones; en la actualidad son muy convenientes en los 
sistemas de electrificación rural. La electricidad obtenida con las celdas fotovoltaicas puede usarse en 
forma directa con los motores eléctricos o alumbrado nocturno y en aplicaciones de conexión a la red. 
 
 
 
 
 
 
 
Capítulo 3. Elementos de los Sistemas Fotovoltaicos 
 
Pág. 35 
 
La siguiente figura muestra el aprovechamiento del sol. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 16. Aprovechamiento de la energía del Sol. 
Fuente: elaboración propia. 
 
 
3.3 Energía fotovoltaica 
 
La palabra fotovoltaica es la combinación de dos palabras “foto” de origen griego que significa 
luz y “voltaica” que viene de volt que representa la unidad para medir la diferencia de potencial 
eléctrico. Los sistemas fotovoltaicos usan las celdas para convertir la radiación solar en energía 
eléctrica. Una celda fotovoltaica está constituida de dos capas de material semiconductor, cuando la 
luz incide en la celda esta genera una diferencia de potencial a través de las capas creando un flujo 
eléctrico. El material semiconductor más comúnmente usado en las celdas fotovoltaicas es el silicio 
que representa uno de los materiales más abundantes en la Tierra. 
 
 
3.4 El recurso solar en la República Mexicana. 
 
a) La Radiación Solar producida 
• Laenergía solar es producida en el interior del Sol por un proceso de fusión nuclear de núcleos 
de hidrógeno que se convierten en núcleos de helio, con lo cual libera una enorme cantidad de 
energía. 
 
ENERGIA DEL SOL 
CALOR PASIVO 
El calor que recibimos en 
forma natural del Sol. 
Considerado para reducir 
el uso de combustibles. 
Para calefacción 
ENERGIA 
FOTOVOLTAICA 
Tecnología que usa la 
energía del Sol para 
producir energía 
eléctrica. 
SOLAR TERMICA 
Tecnología que utiliza la 
energía del Sol para 
proveer agua caliente. 
Capítulo 3. Elementos de los Sistemas Fotovoltaicos 
 
Pág. 36 
 
• Del espectro de la radiación 9% es ultravioleta, de longitud de onda muy corta, 40% 
corresponde a la región visible y 50% es infrarroja. Solamente una fracción de esa radiación 
llega a la superficie de la Tierra; parte de la radiación ultravioleta es absorbida por el ozono 
en la parte alta de la atmósfera; alrededor de 19% de la radiación total es absorbida por las 
nubes y 31% es reflejada al espacio exterior por las nubes y la atmósfera, constituyendo lo que 
se llama el albedo. El resto de la radiación llega a la superficie de la Tierra y casi toda es 
absorbida, excepto un 3% que es reflejada. 
 
b) Radiación solar y sus componentes 
 
 Debido a que la radiación solar atraviesa la atmósfera, esta radiación sufre pérdidas que son 
de absorción parcial por los gases atmosféricos y el vapor de agua. Por tanto la radiación recibida por 
la Tierra es inferior al flujo inicial y depende del ángulo de incidencia y del espesor de la atmósfera. 
 
La radiación solar es aprovechable en sus tres componentes: 
 
• radiación directa: llega directamente del foco solar, sin reflexiones o refracciones intermedias. 
 
• radiación difusa: ha sido modificada por diversas circunstancias, por ejemplo por la densidad 
atmosférica, nubes o partículas u objetos con los que choca. 
 
• radiación global: la suma de ambas. 
 
 
Figura 17. La radiación solar y sus componentes 
 
 
 
Capítulo 3. Elementos de los Sistemas Fotovoltaicos 
 
Pág. 37 
 
3.5 Situación en la Ciudad de México. 
 
En la figura 18 se observa el comportamiento mensual de la irradiación [kWh/m2] así como 
la irradiación global anual en el plano horizontal, con un valor de 1889 [kWh/m2] que en promedio 
corresponde a 5.17 [kWh/m2-día]. 
 
 
Figura 18: Patrón mensual de la irradiación e irradiación global anual [kWh/m
2
]. 
Plano Horizontal (fuente: SMN) 
 
a) Patrón nacional diario de generación eléctrica. 
 
En la figura 19, se presenta el patrón diario estacional verano-invierno de irradiancia, que 
corresponde al comportamiento promedio de la irradiancia a lo largo del día. 
 
 
Figura 19. Patrón estacional (verano-invierno) diario de la irradiancia [kW/m2]Plano Horizontal (fuente: SMN) 
 
 
Capítulo 3. Elementos de los Sistemas Fotovoltaicos 
 
Pág. 38 
 
b) Patrón estacional (verano-invierno) diario de generación eléctrica [W/kWp]. Plano 
del arreglo 
 
En la figura 20 se muestra el comportamiento de la generación fotovoltaica [W/kWp] para 
un día típico de verano y de invierno, para superficies fotovoltaicas expuestas con un ángulo de 
inclinación equivalente a la latitud de la Ciudad de México. 
 
 
Figura 20. Patrón de generación de un SFVI en un día típico de verano e invierno. 
Fuente:UAM Iztapalapa 
 
 
3.6 Uso pasivo y activo del sol para generación eléctrica. 
 
 
a) Los Sistemas Pasivos 
 
Los diseños pasivos se basan en la orientación del Sol durante las distintas estaciones del año. Un 
diseño solar pasivo proporciona usos de calefacción. Estas instalaciones toman en cuenta la 
orientación del Sol. Como se muestra en la siguiente figura: 
Capítulo 3. Elementos de los Sistemas Fotovoltaicos 
 
Pág. 39 
 
 
 
 
Figura 21. Movimiento del Sol durante las distintas estaciones del año. 
 
Las aplicaciones solares pasivas ayudan a la sociedad a reducir la dependencia del gas y del 
petróleo, cuya producción declina constantemente. En aplicaciones de calefacción y aire 
acondicionado, puede ayudar a reducir el consumo de energía eléctrica. Una orientación apropiada es 
siempre de Este a Oeste. 
 
Figura 22. Orientación del Sol Este a Oeste. 
 
 
Capítulo 3. Elementos de los Sistemas Fotovoltaicos 
 
Pág. 40 
 
 
A continuación, se muestra la curva de potencia de salida de un sistema pasivo. 
 
 
Figura 23. Curva de potencia de un sistema pasivo. 
Fuente: Harper, Instalaciones y sistemas fotovoltaicos,2010 
 
 
b) Los Sistemas Activos. 
 
Los sistemas activos solares se apoyan de sensores, dentro de estos sistemas se encuentran los 
sistemas de seguimiento solar que emplean elementos seguidores del movimiento del Sol que 
favorezcan la captación de la energía solar. 
 
 
Figura 24. Curva de potencia de un sistema activo. 
Fuente: Harper, Instalaciones y sistemas fotovoltaicos,2010 
 
 
 
 
 
Capítulo 3. Elementos de los Sistemas Fotovoltaicos 
 
Pág. 41 
 
 
 
Tipos de Sistemas Activos 
 
1) Los colocados con soporte estático: soporte sencillo sin movimiento. 
2) De seguimiento solar con un eje: la rotación del soporte se hace por medio de un solo eje, ya 
sea horizontal, vertical u oblicuo. El tipo de seguimiento es sencillo y relativamente 
económico, pero limitado, ya que solo puede seguir la inclinación o el azimut del Sol pero no 
ambos. 
3) De seguimiento solar con dos ejes: es posible hacer un seguimiento total del sol en altitud y 
azimut con lo que se consigue que la radiación solar siempre incida en forma perpendicular, 
obteniendo de esta forma la mayor captación posible. Estos sistemas se subdividen en: 
3.1) Sistemas mecánicos. -El seguimiento es realizado por medio de un motor y un sistema de 
engranes que se ajustan de acuerdo con las variaciones de inclinación del sol durante el año. 
3.2) Con dispositivos de ajuste automático. - El ajuste se realiza por medio de sensores que 
detectan la radiación en forma perpendicular al panel fotovoltaico, y se ajusta la posición por 
medio de los motores. 
3.3) Dispositivos sin motor. - El seguimiento del Sol se realiza por medio de la dilatación de 
ciertos gases; la evaporación y equilibrio. 
 
3.7 Evolución del precio de las pilas fotovoltaicas de silicio cristalino (en $/Wp) 
entre 1977 y 2014. 
 
Y por los datos que se observan podemos ver que con el transcurso del tiempo en costo por 
Wp de los módulos decrece. 
 
 
Figura 25. Evolución de los costos de las celdas. 
Fuente: Bloomberg, New Energy Finance & pv. energytrend 
 
Capítulo 3. Elementos de los Sistemas Fotovoltaicos 
 
Pág. 42 
 
 
 
3.8 Algunas de las aplicaciones de la energía solar fotovoltaica. 
ENERGÍA SOLAR 
FOTOVOLTAICA
Aplicaciones aisladas de la 
Red
Aplicaciones 
Agroganaderas 
Electrificación rural
Bombeo
Telecomunicaciones
Alumbrado Autónomo
Toma y transmisión de 
datos
Señalización y alarma
Aplicaciones conectadas a 
la Red
Centrales fotovoltaicas
Integración de edificios
Capítulo 3. Elementos de los Sistemas Fotovoltaicos 
 
Pág. 43 
 
 
 
 
Conclusiones 
 
Los sistemas fotovoltaicos muestran ser una opción de aprovechamiento eficiente de la energía 
solar, en nuestro País y el resto del mundo. Si la sociedad diera la importancia necesaria a cada una 
de las tecnologías de generación alterna de energía eléctrica y principalmente a la generación 
fotovoltaica se tendrían eficientes sistemas de generación de energía eléctrica contando con el 
aprovechamiento de la radiación solar. 
 
La tecnología fotovoltaica en el país se ha aplicado a sistemas de electrificación rural, aunque 
rudimentarios muy eficientes, sustentables y de gran utilidad para las familias que forman una 
población aislada, ya que, al ser comunidades alejadas de alguna conexión con la red eléctrica, resulta 
ser viable para su vida diaria. 
 
También cabe mencionar que debemos de considerar ampliamente la abundancia del silicio en 
nuestro planeta, ya que gracias a este se ha dado un auge a la tecnologíabasada en la captación solar, 
siendo económico y abundante se convierte en un elemento de gran importancia en la producción de 
las celdas fotovoltaicas. 
 
México es un país que se puede considerar como uno de los más bastos en cuanto al 
comportamiento de irradiación diaria, ya que en promedio obtenemos del Sol 5 [Kw/m2-día]. 
Además, podemos notar que conforme pasa el tiempo, el costo de las celdas fotovoltaicas va 
disminuyendo, y aunque en la actualidad aun esta forma de generación eléctrica que es considerada 
costosa, cada día se va reduciendo el costo de generación de energía eléctrica mediante celdas 
fotovoltaicas, esto es: que el costo por kilowatt instalado mediante tecnología fotovoltaica decrece y 
se va haciendo competitivo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Capítulo 4. Tipos de Sistemas Fotovoltaicas. 
 
Pág. 44 
 
4.1 INSTALACIONES FOTOVOLTAICAS CONECTADAS A RED. CÁLCULOS Y 
DIMENSIONADO 
Este tipo de instalaciones constan fundamentalmente de un campo fotovoltaico de paneles que 
producen la energía y un inversor que realiza la inyección de esa energía en la red eléctrica. 
Estos sistemas se basan en captar la radiación solar emitida hacia la Tierra todos los días del 
año y transformarla en energía eléctrica mediante la instalación de un campo fotovoltaico, compuesta 
por paneles solares. 
Posteriormente esta energía se envía a la red de distribución eléctrica mediante un inversor 
de corriente específico para este tipo de instalaciones. Al contrario de los sistemas aislados, la energía 
captada no se almacena en batería. Estas instalaciones las podemos dividir en dos tipos: 
• Sobre una edificación 
El sistema se compone esencialmente de un campo de paneles fotovoltaicos y un inversor de 
acuerdo con las características especiales de cada sistema. 
• En el suelo 
Se trata de centrales solares fotovoltaicas, generalmente son extensiones con paneles 
fotovoltaicos que pueden estar fijos al terreno o bien con seguimiento solar a fin de optimizar la 
captación de la radiación solar. Normalmente estas instalaciones se ubican en la proximidad de la red 
eléctrica. 
También llamada red interactiva, red interconectada o utilidad interconectada y otros 
términos descriptivos, la construcción de los sistemas solares interconectados sobre las edificaciones 
se conectan directamente a la alimentación de los servicios eléctricos. Esto es posible en áreas que 
permiten una medición neta mediante la cual un sistema solar requiere de un medidor de energía 
eléctrica bidireccional cuando se está produciendo más energía de la que se está utilizando. Este tipo 
de sistemas no proporciona energía de respaldo cuando el suministro de energía falla. En los últimos 
años los sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica constituyen una de las aplicaciones más 
importantes de la Energía Solar Fotovoltaica, por su elevado potencial de utilización en zonas 
urbanizadas próximas a la red eléctrica. Estos sistemas están compuestos por un generador 
fotovoltaico que se encuentra conectado a la red eléctrica convencional a través de un inversor, 
característico de este tipo de instalaciones. Así, el sistema inyecta energía en la red cuando su 
producción supera al consumo local, y extrae energía de ella en caso contrario. 
La diferencia fundamental entre un sistema fotovoltaico autónomo y los conectados a red, 
consiste en la ausencia, en este último caso, del subsistema de acumulación, formado por la batería y 
la regulación de carga. Además, el inversor, en los sistemas conectados a red, deberá estar en fase con 
la tensión de la red. Un sistema fotovoltaico entrega energía eléctrica de forma intermitente, de 
acuerdo con el perfil diario que exhibe la energía solar incidente en el arreglo de módulos. Sin 
embargo, al interconectarse con la red, se logra que ésta actúe como una gran batería de respaldo, y 
que el servicio eléctrico sea constante. 
Capítulo 4. Tipos de Sistemas Fotovoltaicas. 
 
Pág. 45 
 
 
 
Figura 26. Sistema fotovoltaico interconectado a la red. 
Fuente:IIE 
 
a) Características de un Sistema de Conexión a Red 
 
1) No puede contar con ningún mecanismo de acumulación de energía, por tanto: 
- El mantenimiento de la instalación resulta más sencillo. 
- Los costes de conservación son más baratos. 
 
2) El usuario no percibe cambio alguno en el servicio eléctrico. 
- Si la instalación se realiza en un lugar en donde ya existía un consumo el usuario no percibe 
el cambio en el servicio eléctrico, manteniendo la misma seguridad de suministro, además 
de que cada [kW] que produzca el generador contribuirá a disminuir la generación de 
energía eléctrica por otros medios contaminantes. 
 
3) La energía generada se envía a la red eléctrica. 
 
4) Permiten la recuperación de la inversión. 
- Las grandes instalaciones de conexión a red permiten la recuperación de la inversión y la 
generación de beneficios continuos para los inversionistas durante la vida de la instalación 
fotovoltaica. 
- Este tipo de instalaciones han de ser proyectadas conforme a la normativa ambiental, 
debido a su impacto en el entorno. 
 
5) Se deberá tener en cuenta la capacidad de las líneas de distribución. 
 
Capítulo 4. Tipos de Sistemas Fotovoltaicas. 
 
Pág. 46 
 
4.2 SISTEMAS INTERCONECTADOS A LA RED CON RESPALDO DE BANCO DE 
BATERIAS 
Un sistema interconectado con baterías de respaldo se alimenta del excedente de energía solar 
y proporciona energía de reserva cuando la red eléctrica es insuficiente. Con este tipo de sistemas baja 
la eficiencia en la generación de energía a cambio de tener energía de reserva cuando hay un fallo de 
suministro eléctrico. 
La cantidad de baterías que se pueden tener dependen del tamaño y de las cargas eléctricas 
que se le conecten a las mismas. 
Caracterización del potencial de generación de energía eléctrica del sistema fotovoltaico 
conectado a la red. 
 
Los sistemas fotovoltaicos generan potencia en proporción a la irradiación que incide sobre la 
superficie del arreglo fotovoltaico. Como la irradiación varía a lo largo del día y de día a día, la salida 
de un sistema solar estará variando sensiblemente. 
 
Existen otros factores que afectan también la máxima potencia de salida de dichos SFV: 
Los módulos solares producen energía en forma de corriente directa. Para poder hacer 
comparaciones consistentes de los productos, los fabricantes establecen la potencia nominal para 
condiciones estándar: temperatura de la celda 25[°C]; irradiancia 1000 [W/m2 ]y espectro luminoso 
correspondiente a una masa de aire de M=1.5. El valor máximo de salida que corresponde a estas 
condiciones se conoce como valor pico [Wp]. Bajo condiciones de operación el valor real difiere del 
valor nominal. 
 
El valor nominal de la potencia se reduce conforme la temperatura de las celdas aumenta. 
 
Hay pérdidas adicionales en la conversión de CD a CA. 
 
La potencia máxima de salida del arreglo FV siempre es menor a la suma de la potencia 
máxima individual de los módulos. La diferencia es el resultado de las inconsistencias de las 
características eléctricas de los módulos que conforman el arreglo. 
 
El polvo que puede acumularse en la superficie de los módulos bloquea parcialmente la 
radiación y disminuye la salida de potencia. 
 
Deberán considerarse las pérdidas por conducción en el cableado. Al diseñar un sistema y 
dimensionar adecuadamente el cableado habrá sin embargo que considerar una reducción del 
2%. 
 
 
Capítulo 4. Tipos de Sistemas Fotovoltaicas. 
 
Pág. 47 
 
4.3 SISTEMAS SIN CONEXIÓN O INDEPENDIENTES DE LA RED. 
 Este tipo de sistemas de energía es independiente del suministro de la red. Estos sistemas 
usan módulos solares, generadores eólicos, un micro generador hidroeléctrico, o una combinación de 
cualquiera de todos estos para producir energía eléctrica. 
 Los propietarios de este tipo de sistemas frecuentemente usan gas o diésel para obtener una 
reserva cuando la energía del sistema no cubre todas